DE3929172A1 - DEVICE FOR DETERMINING THE SIZE DISTRIBUTION OF PIGMENT BEADS IN A LACQUER SURFACE - Google Patents
DEVICE FOR DETERMINING THE SIZE DISTRIBUTION OF PIGMENT BEADS IN A LACQUER SURFACEInfo
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Description
Glanz, Farbton, Farbstärke, Deckvermögen, Transparenz und Wetterbeständigkeit von Lackschichten werden im starken Maße von der Korngröße der Pigmentkörner in der Lackoberfläche beeinflußt.Shine, hue, color strength, opacity, transparency and weather resistance of paint layers are in strong measurements of the grain size of the pigment grains in the Paint surface affected.
Eine der einfachsten und am häufigsten verwendeten Me thode zur Beurteilung der Qualitat einer Pigmentdisper sion ist der Hegmann-Test (DIN ISO 1 524). Dazu wird ein sogenannter Grindometerblock verwendet, der in Längs richtung eine Probenrinne mit stetig zunehmender Tiefe aufweist, die mit dem zu untersuchenden Lack gefüllt und anschließend mit einem Rakel abgezogen und geglättet wird (z. B. Grindometer der Firma Erichson, mit einer Rinnenlänge von 140 mm, einer Rinnenbreite von 12,5 mm und einer Rinnentiefe an der tiefsten Stelle von 15, 25, 50 oder 100 µm). Beim Abziehen der Lackoberfläche mit dem Rakel gleiten die Pigmentkörner in der keilförmigen Rinne beginnend an der Stelle mit der maximalen Rinnen tiefe nur bis zu dem Punkt auf dem Grindometerblock unter der Rakel hindurch, wo die Rinnentiefe mit der Korngröße übereinstimmt. In dem anschließenden Bereich, wo die Rinnentiefe kleiner ist als die Korngröße, können die Pigmentkörner nicht mehr unter der Rakelkante hin durchgleiten. Der oben erwähnte Hegmann-Test beruht nun darauf, daß man nach dem Abrakeln die Zahl und die Posi tion der auf der Grindometeroberfläche sichtbaren Pig mentkörner visuell feststellt. An der Stelle Korngröße =Rinnentiefe werden die Pigmentkörner an der Oberfläche sichtbar. Bei größerer Rinnentiefe sinken die Teilchen zum Boden der Rinne, bei geringerer Rinnentiefe werden die Teilchen vor der Rakel hergeschoben. Die an dieser Stelle ablesbare Position kennzeichnet die Rinnentiefe an diesem Ort und damit die Partikelgröße in µm (siehe Fig. 1). Die bisherige visuelle Grindometerablesung weist folgende weitere Nachteile auf:One of the simplest and most frequently used method for assessing the quality of a pigment dispersion is the Hegmann test (DIN ISO 1 524). For this purpose, a so-called grindometer block is used, which has a sample channel with increasing depth in the longitudinal direction, which is filled with the lacquer to be examined and then peeled off and smoothed with a squeegee (e.g. grindometer from Erichson, with a channel length of 140 mm, a gutter width of 12.5 mm and a gutter depth at the deepest point of 15, 25, 50 or 100 µm). When the lacquer surface is removed with the squeegee, the pigment grains slide in the wedge-shaped groove starting at the point with the maximum groove depth only to the point on the grindometer block under the squeegee where the groove depth corresponds to the grain size. In the subsequent area, where the groove depth is smaller than the grain size, the pigment grains can no longer slide under the squeegee edge. The above-mentioned Hegmann test is now based on the fact that, after doctoring, the number and the position of the pigment grains visible on the surface of the grindometer are determined visually. At the point of grain size = groove depth, the pigment grains become visible on the surface. With a greater channel depth, the particles sink to the bottom of the channel, with a smaller channel depth, the particles are pushed in front of the doctor blade. The position that can be read at this point indicates the channel depth at this location and thus the particle size in µm (see FIG. 1). The previous visual grindometer reading has the following further disadvantages:
- - Verschiedene Beobachter bewerten dieselbe Probe un terschiedlich (subjektive Beurteilung).- Different observers rate the same sample different (subjective assessment).
- - Die Ablesung wird von der Flüchtigkeit der Lösemit tel beeinflußt; die Zeit zwischen Abstreifen und Ablesen sollte daher maximal nur 3 s betragen.- The reading is based on the volatility of the solvers tel influenced; the time between stripping and Reading should therefore only be a maximum of 3 s.
- - Die Bewertung der Körnigkeit der Pigmentanreibung hängt vom Beobachtungswinkel und den Lichtverhält nissen ab.- The evaluation of the granularity of the pigment grind depends on the observation angle and the lighting conditions tear off.
Hier setzt die Erfindung an. Es liegt die Aufgabe zu grunde, eine Grindometerapparatur zu entwickeln, bei der die Zahl und die Position der Pigmentkörner automa tisch erfaßt und durch ein geeignetes Auswertesystem interpretiert wird, so daß die Grindometerablesung ver einheitlicht und objektiviert wird. Außerdem soll das zugrundeliegende Meßverfahren vom Farbton der Pigment dispergierung unabhängig sein.This is where the invention comes in. It's up to the task reasons to develop a grindometer apparatus at which automa. the number and position of the pigment grains table captured and by a suitable evaluation system is interpreted so that the grindometer reading ver is standardized and objectified. In addition, that should underlying measurement method of the color of the pigment dispersion be independent.
Diese Aufgabe wird ausgehend von der üblichen Grindome termethode erfindungsgemäß durch eine Apparatur gelöst, die folgende Merkmale aufweist:This task is based on the usual grindome term method according to the invention solved by an apparatus, has the following characteristics:
- a) Eine Lichtquelle mit einer Fokussieroptik zur Er zeugung eines Lichtflecks auf der zu untersuchenden Lackoberfläche,a) A light source with focusing optics for Er generation of a light spot on the to be examined Paint surface,
- b) eine Dunkelfeldoptik mit einem Objektiv zur Erfas sung des Streulichts, das von Pigmentkörnern im Bereich des Lichtflecks ausgesandt wird und mit einer Aperturblende zur Aussonderung des an der Lackoberfläche direkt reflektierten Lichts,b) dark field optics with a lens for capturing solution of the scattered light emitted by pigment grains in the Area of the light spot is emitted and with an aperture stop to separate out the Paint surface of directly reflected light,
- c) ein mit einer Auswerteschaltung verbundener Photo empfänger zur Detektierung, Registrierung und Wei terverarbeitung der Streulichtsignale undc) a photo connected to an evaluation circuit receiver for detection, registration and Wei processing of the scattered light signals and
- d) eine Scan-Einrichtung zur Abtastung der Probenrinne in Längsrichtung.d) a scanning device for scanning the sample channel longitudinal.
Vorteilhaft besteht die Scan-Einrichtung aus einem Synchronmotor, der den Grindometerblock mit Hilfe einer Schlittenführung zeitlinear in Längsrichtung verschiebt, wobei der Lichtfleck über die zu untersuchende Lackober fläche wandert. The scanning device advantageously consists of one Synchronous motor that uses a grindometer block Slide guide slides linearly in the longitudinal direction, the light spot over the surface of the lacquer to be examined area wanders.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung werden ferner die Streulichtsignale während des Scan-Vorganges von der Auswerteschaltung in Längsrichtung der Lackoberfläche zonenweise gezählt. Zu diesem Zweck wird vorteilhaft bei der Erfassung des Steulichts ein sich senkrecht zur Pro benrinne erstreckender schmaler Spalt ausgeblendet.According to a preferred embodiment, the Scattered light signals during the scanning process from the Evaluation circuit in the longitudinal direction of the paint surface counted by zones. For this purpose it will be advantageous at the detection of the stray light is perpendicular to the pro hidden narrow gap extending benrinne.
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:The following advantages are achieved with the invention:
- - Nach dem Auftragen und Abrakeln der Lackoberfläche auf dem Grindometerblock erfolgt eine objektive, vollautomatische Messung.- After applying and scraping off the paint surface on the grindometer block there is an objective, fully automatic measurement.
- - Die meßtechnische Erfassung der Körnigkeit stimmt sehr gut mit der bisher durchgeführten visuellen Bewertung überein.- The granularity is correct very well with the visual done so far Rating match.
- - Die Apparatur besitzt eine für alle Zwecke ausrei chende Reproduzierbarkeit.- The apparatus has one for all purposes reproducibility.
- - Die meßtechnische Erfassung der Körnigkeit ist bei allen gängigen Farbtönen möglich.- The measurement of the granularity is at all common colors possible.
Mit dem neu geschaffenen optoelektronischen Grindometer kann zum ersten Mal eine benutzerunabhängige, detailge treue und in allen Anwenderlabors einheitliche Bewertung der Körnigkeit von Pigmentdispersionen erfolgen.With the newly created optoelectronic grindometer can for the first time create a user-independent, detailed loyal and uniform assessment in all user laboratories the granularity of pigment dispersions.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: In the following the invention is based on one in the Drawing illustrated embodiment closer explained. Show it:
Fig. 1 einen handelsüblichen Grindometerblock, Fig. 1 is a commercially available grindometer block,
Fig. 2 den prinzipiellen optischen Aufbau der Appa ratur, Fig. 2 shows the basic structure of the optical Appa temperature,
Fig. 3 die Dunkelfeldoptik zur Erfassung des an den Pigmentkörnern gestreuten Lichtes, Fig. 3, the dark-field optics to detect the light scattered by the pigment grains light,
Fig. 4 das Prinzip der elektronischen Meßdatenerfas sung und -auswertung, Fig. 4 solution, the principle of the electronic Meßdatenerfas and evaluation,
Fig. 5 ein Meßbeispiel für die Untersuchung der Stip penzahl an einem Weißpigment und Fig. 5 is a measurement example for the investigation of the Stip penzahl on a white pigment and
Fig. 6 die dem Meßbeispiel gemäß Fig. 5 entsprechende Stippenzahl pro Längenintervall als Funktion der Teilchengröße. FIG. 6 shows the number of specks per length interval corresponding to the measurement example according to FIG. 5 as a function of the particle size.
Der Grindometerblock gemäß Fig. 1 besteht aus einer rechteckigen Metallplatte 2, in die in Längsrichtung eine Rinne 3 mit keilförmigem Profil eingefräst ist. Die auf der Skala 4 angegebene Rinnentiefe nimmt hier von hinten nach vorne linear ab. Die Rinnenbreite beträgt z. B. 12,5 mm; die Rinnentiefe überdeckt z. B. den Bereich von 0 bis 50 µm. Die zu untersuchende Pigmentprobe wird in die Probenrinne 3 gefüllt und mit einem Rakel abge zogen. Alternativ kann auch eine Halterung vorgesehen werden, welche die Rakel mit konstanter Kraft auf den Grindometerblock 1 drückt und welche sich zum Beginn der Messung am äußeren hinteren Ende des Grindometerblocks befindet. The grindometer block according to Fig. 1 consists of a rectangular metal plate 2, into which a longitudinal groove is milled 3 with wedge-shaped profile. The gutter depth given on the scale 4 decreases linearly from the back to the front. The channel width is z. B. 12.5 mm; the gutter depth covers z. B. the range from 0 to 50 microns. The pigment sample to be examined is filled into the sample channel 3 and drawn off with a doctor blade. Alternatively, a holder can also be provided which presses the doctor blade onto the grindometer block 1 with constant force and which is located at the outer rear end of the grindometer block at the start of the measurement.
Ein derart vorbereiteter Grindometerblock 1 wird auf einem motorgetriebenen Schlitten 2a angeordnet und mit Hilfe einer Klemmvorrichtung 3a befestigt (siehe Fig. 2). Anhand von Fig. 2 wird der optische Aufbau der Appa ratur beschrieben. Dabei ist die optische Konfiguration dem speziellen Meßproblem, einzelne Fehlstellen in einer hochglänzenden Oberfläche zu detektieren, angepaßt. Der von einem Helium-Neon-Laser kommende Lichtstrahl 5 wird durch ein Mikroskopobjektiv 6 so in einen divergenten Strahl umgewandelt, daß der auf die Probenrinne 3 des Grindometerblocks 1 fallende Lichtfleck 7 die gesamte Rinnenbreite ausleuchtet. Die Achromate 8 und 9 fokus sieren das vom dem Lackaufzug direkt reflektierte Licht auf eine Aperturblende 10, die aus einer Kreisringfläche 11 zur Begrenzung der Apertur und einer zentralen Kreis fläche 12 besteht. Das durch hervorstehende Pigment teilchen in der Lackoberfläche hervorgerufene Streulicht kann die Aperturblende 10 passieren und wird durch die Linse 13 auf einen 200 µm breiten Spalt 14 abgebildet, während das an der ungestörten Lackoberfläche direkt reflektierte Licht auf den zentralen Teil 12 der Aper turblende 10 trifft und dadurch ausgeblendet wird. Ein schmalbandiges Interferenzfilter 15 mit einer Schwer punktswellenlänge von 633 nm dient zur Unterdrückung von Falschlicht anderer Wellenlängen.A grindometer block 1 prepared in this way is arranged on a motor-driven slide 2 a and fastened with the aid of a clamping device 3 a (see FIG. 2). The optical structure of the apparatus is described with reference to FIG. 2. The optical configuration is adapted to the special measurement problem of detecting individual imperfections in a high-gloss surface. The light beam 5 coming from a helium-neon laser is converted into a divergent beam by a microscope objective 6 in such a way that the light spot 7 falling on the sample groove 3 of the grindometer block 1 illuminates the entire groove width. The achromatic lenses 8 and 9 focus the light reflected directly from the varnish onto an aperture diaphragm 10 , which consists of an annular surface 11 for limiting the aperture and a central circular area 12 . The scattered light caused by protruding pigment particles in the lacquer surface can pass through the aperture diaphragm 10 and is imaged by the lens 13 onto a 200 μm wide gap 14 , while the light reflected directly from the undisturbed lacquer surface strikes the central part 12 of the aperture diaphragm 10 and thereby disappearing. A narrow-band interference filter 15 with a focus wavelength of 633 nm serves to suppress false light of other wavelengths.
Die Wirkung der Aperturblende 10 beruht darauf, daß die hoch- und niederfrequenten Anteile der Fouriertransfor mierten der Lackoberfläche ausgefiltert werden (räumli che Filterung). Dies wird anhand von Fig. 3 noch einmal verdeutlicht. Aufgrund der Tatsache, daß das an der Lackoberfläche direkt reflektierte Licht durch das Achromatensystem 8, 9 auf den zentralen Teil 12 der Aperturblende 10 fokussiert wird (durchgezogene Strah len), während das an einem Pigmentkorn 16 gestreute Licht durch die Öffnung zwischen dem Kreisring 11 und dem zentralen Teil 12 der Blende hindurchfällt, erhält man eine kontrastreiche Dunkelfeldbeleuchtung, wobei die Pigmentteilchen 16 als helle Punkte auf einem dunklen Untergrund erscheinen.The effect of the aperture diaphragm 10 is based on the fact that the high and low frequency components of the Fourier transformers of the lacquer surface are filtered out (spatial filtering). This is illustrated again with the aid of FIG. 3. Due to the fact that the light directly reflected on the paint surface through the achromatic system 8 , 9 is focused on the central part 12 of the aperture diaphragm 10 (solid rays), while the light scattered on a pigment grain 16 through the opening between the circular ring 11 and If the central part 12 of the diaphragm falls through, a high-contrast dark field illumination is obtained, the pigment particles 16 appearing as bright dots on a dark background.
Das durch die Spaltblende 14 fallende Meßlicht trifft auf einen Siliziumphotodetektor 17 mit einer Fläche von 25,5×0,4 mm2. Das erzeugte elektrische Signal wird von einem driftarmen Operationsverstärker 18 verstärkt und anschließend einem Digitalspeicheroszilloskop 19 zuge führt. Die Auswertung des Meßsignals wird nachfolgend anhand von Fig. 4 erläutert.The measuring light falling through the slit diaphragm 14 strikes a silicon photodetector 17 with an area of 25.5 × 0.4 mm 2 . The electrical signal generated is amplified by a low-drift operational amplifier 18 and then leads to a digital storage oscilloscope 19 . The evaluation of the measurement signal is explained below with reference to FIG. 4.
Der elektronische Aufbau des optoelektronischen Grindo meters besteht im wesentlichen aus dem Digitalspeicher oszilloskop 19 mit angeschlossenem Rechner 20 und der zentralen Steuereinheit 21, die auch den Synchronmotor 22 für die laterale Bewegung des Grindometerblocks 1 steuert.The electronic structure of the optoelectronic grindometer consists essentially of the digital memory oscilloscope 19 with a connected computer 20 and the central control unit 21 , which also controls the synchronous motor 22 for the lateral movement of the grindometer block 1 .
Zu Beginn einer Messung aktiviert der Rechner 20 das Oszilloskop 19, das durch diesen Befehl ein "ARMED"-Sig nal an die Steuereinheit 21 weitergibt. Erst jetzt ist das Grindometer startbereit.At the beginning of a measurement, the computer 20 activates the oscilloscope 19 , which passes an "ARMED" signal to the control unit 21 by this command. Only now is the grindometer ready to start.
Durch Betätigen der Starttaste 23 wird der Motorantrieb 22 in Gang gesetzt, der einen waagerechten Vorschub (in Pfeilrichtung) des Grindometerblocks 1 bewirkt. Da bei scannt der Lichtfleck 7 die Lackoberfläche in der Probenrinne 3 ab (Scan-Einrichtung (2a, 5, 6, 7, 22)). Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt ca. 2 cm/s. Erreicht der Grindometerblock 1 die Startmarkierung, so aktiviert ein Startmikroschalter 24 die Steuereinheit 21, die mit einem Startimpuls das Oszilloskop 19 triggert. Der Grin dometerblock 1 mit dem zu untersuchenden Lackaufzug in der Probenrinne 3 fährt nun unter dem Lichtfleck 7 her, wobei das Meßsignal vom Oszilloskop 19 aufgezeichnet wird.By pressing the start button 23 , the motor drive 22 is started, which causes the grindometer block 1 to be fed horizontally (in the direction of the arrow). Since the light spot 7 scans the lacquer surface in the sample channel 3 (scanning device ( 2 a, 5 , 6 , 7 , 22 )). The feed rate is approx. 2 cm / s. When the grindometer block 1 reaches the start marker, a start microswitch 24 activates the control unit 21 , which triggers the oscilloscope 19 with a start pulse. The grin dometer block 1 with the lacquer to be examined in the sample channel 3 now moves under the light spot 7 , the measurement signal being recorded by the oscilloscope 19 .
Gelangt der Grindometerblock 1 schließlich bis zur End position, so wird durch einen Stop-Mikroschalter die Steuereinheit 21 angesprochen, die sofort den Motoran trieb 22 stoppt, den Laserstrahl unterbricht und einen Endimpuls an das Oszilloskop 19 sendet.When the grindometer block 1 finally reaches the end position, the control unit 21 is addressed by a stop microswitch, which immediately stops the motor drive 22 , interrupts the laser beam and sends a final pulse to the oscilloscope 19 .
Anschließend erfolgt der Datentransfer vom Oszilloskop 19 zum Rechner 20. Die Daten enthalten das aufgezeichne te Meßsignal, sowie den Endimpuls, der zur Ortsauflösung der Daten erforderlich ist.The data is then transferred from the oscilloscope 19 to the computer 20 . The data contain the recorded measurement signal, as well as the final pulse, which is required for the spatial resolution of the data.
Fig. 5 zeigt einen typischen Datensatz, wie er nach dem Abscannen einer Weißpigmentprobe in der Probenrinne 3 des Grindometerblocks 1 auf dem Bildschirm des Oszil loskops 19 anfällt. In dieser Kurve sind die positiven Peaks durch Stippen in der Oberfläche des Lackaufzugs verursacht. Die nach unten gerichteten Peaks bleiben un berücksichtigt; d. h. die Mittellinie wird als Basislinie zugrundegelegt. FIG. 5 shows a typical data record of how it occurs after scanning a white pigment sample in the sample channel 3 of the grindometer block 1 on the screen of the Oszil loskops 19 . In this curve, the positive peaks are caused by specks in the surface of the lacquer. The downward peaks are not taken into account; ie the center line is used as the baseline.
Fig. 6 zeigt die Daten nach der rechnerischen Auswertung in einer histogrammartigen Darstellung. Fig. 6 shows the data after the computational evaluation in a histogram-like representation.
Als Endergebnis erhält man die Zahl der in einem Längen intervall von 5 µm (Kanalbreite) als Funktion der Teil chengröße (Abszisse) gefundenen Stippen.The end result is the number of lengths interval of 5 µm (channel width) as a function of the part size (abscissa) of the specks found.
Claims (4)
- a) eine Lichtquelle (5) mit einer Fokussieroptik (6) zur Erzeugung eines Lichtflecks (7) auf der zu untersuchenden Lackoberfläche,
- b) eine Dunkelfeldoptik mit einem Objektiv (8, 9) zur Erfassung des Streulichts, das von Pig mentkörnern (16) im Bereich des Lichtflecks (7) ausgesandt wird und mit einer Apertur blende (10) zur Aussonderung des an der Lack oberfläche direkt reflektierten Lichts,
- c) ein mit einer Auswerteschaltung (19, 20) ver bundener Photoempfänger (17) zur Detektierung, Registrierung und Weiterverarbeitung der Streulichtsignale und
- d) eine Scan-Einrichtung (2a, 5, 6, 7, 22) zur Abtastung der Probenrinne (3) in Längsrich tung.
- a) a light source ( 5 ) with focusing optics ( 6 ) for generating a light spot ( 7 ) on the lacquer surface to be examined,
- b) dark-field optics with a lens ( 8 , 9 ) to detect the scattered light, which is emitted by pig ment grains ( 16 ) in the area of the light spot ( 7 ) and with an aperture diaphragm ( 10 ) to separate the surface directly reflected on the paint Light,
- c) a with an evaluation circuit ( 19 , 20 ) connected photo receiver ( 17 ) for detection, registration and further processing of the scattered light signals and
- d) a scanning device ( 2 a, 5 , 6 , 7 , 22 ) for scanning the sample channel ( 3 ) in the longitudinal direction.
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| EP0416362A2 (en) | 1991-03-13 |
| EP0416362A3 (en) | 1992-03-04 |
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